DE1544064A1

DE1544064A1 - Verfahren zur Adsorption von Gasen durch zweistufige Adsorption mit nur Teilregenerierung der 1. Stufe

Info

Publication number: DE1544064A1
Application number: DE19651544064
Authority: DE
Inventors: Von Linde Dr Joachim; Dipl-Ing R Von Linde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-10-01
Filing date: 1965-10-01
Publication date: 1969-07-03

Description

Verfahren zur Adsorption von Gasen durch zweistufige Adsorption mit nur Teilregenerierung der 1. Stufe 1. Stand der Technik. Es ist bekannt, auf Adsorptionsmitteln z. B. Gel oder Molekularsieb bestimmte Gase z. B. H2O oder CO2 etc. bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur zu adsorbieren. Es ist ferner bekannt, daß man die so adsorbierten Gase durch Erniedrigung des Druckes und/oder Erhöhung der Temperatur wieder austreiben kann. Vielfach verwendet man bei dieser Regenerierung auch noch zusätzlich ein sog. Spülgas, d, h, ein an dem auszutreibenden Gas armes Gas, um eine möglichst vollständige Regenerierung vorzunehmen. Dieses Spülgas geht in den meisten Fällen für den weiteren Prozess verloren. Es ist ferner bekannt, daß durch eine nur unvollständige Regenerierung (d. h. nicht sehr starke Erwärmung und/oder nicht sehr starke Druckerniedrigung und/oder Weglassen des Spülvorganges, oder Spülen mit einem an dem auszutreibenden Gas nicht ausreichend armen Spülgas) der Adsorber bei Wiederverwendung bei Betriebsdruck und Temperatur ein weniger weitgehend von dem zu entfernenden Gas befreites Produktgas liefert. Diese Erscheinung wird z. B. bei Druckwechseltrocknung (pr@EEure-swing) von Druckluft in Kauf genommen, da der erreichte Trocknungsgrad für die meisten Anwendungsfälle ausreicht.
Es ist ferner bekannt, daß ein sehr gut regenerierter Adsorber (d. h. starke Erwärmung des Adsorbers und/oder starke Druckerniedrigung gegenüber dem Betriebszustand und reichliche Verwendung von Spülgas, das arm an dem auszutreibenden Gas ist) bei Wiederverwendung des Adsorbers auf Betriebsdruck und Temperatur ein weitgehend von dem zu entfernenden Gas befreites Produktgas liefert.
2. Aufgabenstellung. Es ist naheliegend, daß für eine gute Regeneration größere energetische Aufwendungen und bei Verwendung von Spülgas ein Verlust an Spülgas erforderlich ist als für eine unvollständige Regeneration. Wenn es nun gelingt, die Reinigungswirkung eines gut regenerierten Adsorbers mit einem geringeren energetischen Aufwand und ohne Verlust an Spülgas zu erzielen, so wäre damit ein technischer Fortschritt erzielt.
Wenn man den normalerweise üblichen einstufigen Adsorber in zwei ungleiche Stufen teilt, von denen nur die zweite sehr gut regeneriert wird, während die erste nur unvollständig regeneriert wird, so kann man damit Energie und gegebenenfalls auch Spülgas einsparen, ohne daß sich die Reinheit der Produktgase ändern würde.
3. Technische Lösung des Problems. Die Unterteilung eines Adsorbers in zwei Stufen erfolgt in der Art, daß 1. sozusagen zur Vorreinigung ein Druckwechsel-Adsorber verwendet wird. Auf diesem wird unter höherem Druck ein Gas adsorbiert, welches bei Druckentlastung und/oder Abpumpen wieder desorbiert wird. Gegebenenfalls könnte man diesen Adsorber auch mit einem kleinen Teilstrom Spülgas spülen.
Diesen Adsorberteil könnte man häufig umschalten, da die Druckentlastung relativ trägheitslos erfolgt. Durch das häufige Umschalten wäre die erforderliche Adsorbensmenge nur gering.
Vor allem könnte man in einemsolchen Adsorber mehr oder weniger auf die sog.
Abklingzone verzichten, da ja als Sicherheit gegen den Durchbruch von beladenem Gas die zweite Adsorberstufe zur Verfügung stünde. Damit werden die unvermeidlichen Auspuff-oder Absaugverluste (damit auch gegebenenfalls eine dafür erforderliche Vakuumpumpe) fühlbar kleiner. Die zweite Stufe des Adsorbers wäre je nach gewünschter Standzeit zu dimensionieren. Diese Stufe sollte sehr gut regeneriert werden. Es müßte auch eine Abklingzone zur Sicherheit mit berücksichtigt werden.
Der Vorteil dieser zweiten Stufe (selbst wenn man sie aus Sicherheitsgründen genauso groß wählen würde wie ein einstufiger Adsorber für denselben Zweck) läge darin, daß diese Stufe nur seltener regneriert werden müßte, da das von ihr zu bewältigende Produktgas bereits am Eintritt in diese zweite Stufe viel ärmer an dem zu reinigenden Gas ist.
Hiermit könnte man vor allem Energie bei thermischer und/oder Druckregenerierung dieser zweiten Stufe sparen.
Wenn man, was durchaus vertretbar ist, bei der ersten Stufe ganz auf eine Spislung verzichtet und das SpAlgas der zweiten Stufe dem Produktgas vor der ersten Stufe wieder beifUgt, so könnte man, was besonders bei wertvollem Produktgas wichtig ist, SpUlgasverluste ganz vermeiden ; nicht jedoch die Auspuff-oder Absaugverluste des Druckwechsels (pressure-swing) der ersten Stufe, der aber s. o. wesentlich kleiner, als bei einer einstufigen Schaltung sein kann. Die bei diesem Druckwechsel abgeblasene oder abgesaugte Gasfüllung des Adsorbers besteht zu einem hohen Prozentsatz aus dem desorbierten Gas und enthält nur die einer Gasfüllung des Adsorbers entsprechende Menge an Produktgas.
Geht man jetzt nodh einen Schritt weiter und kühlt zwischen den beiden Stufen das teilgereinigte Gas und/oder erhöht man seinen Druck, so kommt das in dem Produktgas beinhaltete adsorptiv zu entfernende Gas wie. der näher an seinen Taupunkt, wodurch die Aufnahmefilhigkeit der zweiten Stufe des Adsorbers steigt.
Dieser Fall wäre insbesondere dann interessant, wenn ein Auskondensieren des zu adsorbierenden Gases aus dem Produktgas, z. B. aus Korrosionsgründen oder zur Vermeidung von Verstopfungen von Rohrleitungen etc. vermieden werden muß (so daß man die Abkühlung und/oder Druckerhöhung nicht schon vor der ersten Stufe vornehmen kann).
Beispiel : Zeichnungserklärung. Ein von Wasserdampf zu befreiendes wertvolles Gas durchströmt tiber das Ventil 1 die erste Stufe A eines nur teilweise regenerierten Adsorbers, verläßt diese durch das Ventil 3 und erreicht die vollständig regenerierte zweite Stufe B des Adsorbers über das Ventil 5. Nach vollstfindiger Trocknung verläßt das Gas diese zweite Stufe B ilber das Ventil 7. Beide Adsorberstufen können wechselbar ausgeführt werden, wobei die erste Stufe durch den nahezu trtigheitslosen Druckwechsel (pressure-swing) einen kurzen Schaltzyklus erhalten kann. Die zweite Stufe, die für Druckwechsel und/oder thermische Rye g auagelegt ist, wird man wchl etwas grö#er wählen. ist der Adsorber A der ersten Stufe beladen, #o schaltet man auf den Adaorber AA der eraten Stufe um. (Das Gas läuft dann über die Ventile 2 und 4, während die Ventile 1 und 3 geschlossen sind.) Gleichzeitig wird der belade-'ne Adsorber A 4tch DmeksernkangüberdasVentil 9 (durch Abblasen oder Abpämpen) regeneriert.
Analog geht man in der zweiten Stufe vor. (Also Umschaltung von B auf BB dttrch Schließen der Ventile 5 und 7 und ÖChen von 6 und 8.) Nur wird man hier die bei der Druckerniedrigung und/oder Temperaturerhöhung freiwerdenden Gaamengen nicht verlorengehen las ondern diese (gegebenenfallx mit einer Pampe P) vor der erxten Stufe wieder zuführen. Dasselbe erfolgt auch mit dem zu einer vollständigen Regenerierung erforderlichen Spülgax. Auch diesels wird wieder vor der erxten Stufe dem Kreialauf beigegeben. (Hierzu dient die SpülgawleiOMig mit den Ventilen 11 und 13 (respektive 12 und 14) und der Pumpe P.) Zur Vcrbeserung der Aufnahmefähigkeit der Adsorber der zweiten Stufe kann man noch an veine Klthlung zwischen der ereten und zweiten Stufe (also zwischen Ventil 2 und 3) (Vgl. Abb. 2) und/oder eine Druckerhohuag (Vgl. Abb. 3) denken.

Claims

P A T E N T A M S P R Ü C H E 1.
Eine zweistwfige Ad@@rbsrschaltung dadurch gekennzeichnet, da# die erste nur unvellatä@@tg reg@@@ri@@te Stafe zur Vorreinigung dient, während die zweiteYoUwgjMrrteStt!dieEndreinheitdew zu reinigendem Csee<.<mw Zino Eine zweistafige Adscrberschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet. daß dio @ arste @tufe durch reinen Druckwechsel (pressure-swing) regeneriert wird.
3. Eine zweistufige Adsorberschaltung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekermzeichnet, da# zwischen der ersten und zweiten Stufe gekühlt wird, mm die Aufnahmefähigkeit der zweiten Stufe zu erhöhen.
4. Eine zweistufi ge Adsorberschaltung naeh Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und zweiten Stufe der Druck erh8ht wird, um die Aufnahmefähigkeit der zweiten Stufe zu erhöhen.
5. Eine zweistufige Adsorberschaltung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dall das Spülgas aus der zweiten Stufe vor der ersten Stufe verlustloo wieder dem Rohgas s zugeführt wird.
6. Eine zweistufige Adsorberschaltung nach Anspruch 1 und 2, in der zur Verringerung der Auspuff-oder Absaugverluste der ersten Stufe diese Stufe ohne Abklingzone und Sicherheitszuschlag ausgelegt wird und der erforderliche Zuschlag auf die zweite Stufe übertragen wird.

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7. Eine zweistufige Adsorberschaltung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, da# die erste Stufe mit einem schnelleren Schaltzyklus arbeitet als die zweite Stufe.

J
8. Eine zweistufige Adsorberschaltung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß beide Stufen mit einem Schaltzyklus arbeiten, wobei das Rückströmen des in der zweiten Stufe befindlichen Gases in die erste Stufe mit einem Rückschlagventil zwischen den Stufen verhindert wird.

L e e r s e i t e